2021年湖南高考物理复习课件：专题九 恒定电流

解析 电压表串联电阻分压,电流表并联电阻分流。所以甲表为电流表,乙 表为电压表。并联电路中电阻大时分流少,所以R增大时量程减小;串联电 路中电阻大时分压多,所以R增大时量程增大,故选C。
答案 C
拓展三 动态电路的分析
1.程序法 (1)确定电路的外电阻(R外总)如何变化。 说明 ①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,外电路的总电阻一定 增大(或减小)。 ②若开关的通断使串联的用电器增多时,总电阻增大;若开关的通断使并联 的支路增多时,总电阻减小。
R并
R灯 R并2
。
由上式可以看出,当R并减小时,R总增大;当R并增大时,R总减小。由此可以得出 结论:分压电路总电阻的变化情况,与并联段电阻的变化情况相反,与串联 段电阻的变化情况相同。
(2)根据闭合电路欧姆定律I总= E ,确定电路的总电流如何变化。
R外总 r
(3)由U内=I总r,确定电源的内电压如何变化。 (4)由U外=E-U内,确定电源的外电压(路端电压)如何变化。 (5)由部分电路欧姆定律,确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。 (6)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。
U=IgR+IgRg,
U
所以R= Ig -Rg
RV=R+Rg>Rg
IgRg=(I-Ig)R,
所以R=
IgR g I-Ig
RR g
RA= R R g <Rg
例2 如图所示,甲、乙两个电路都是由一个灵敏电流计G和一个变阻器R 组成的,下列说法正确的是 ( )
①甲表是电流表,R增大时量程增大 ②甲表是电流表,R增大时量程减小 ③乙表是电压表,R增大时量程增大 ④乙表是电压表,R增大时量程减小 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
(R
E2 rΒιβλιοθήκη )2R= E2R(R-r)2 4Rr
=
E2 (R-r)2
4r
,当R=r时,P
出有最大值,即P出m=
E
2
R
。P出与外电阻R的这种函数关系可用图像定性地表
4r
示。由图像还可知,对于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电
阻R1和R2。当R<r时,若R增大,则P出增大;当R>r时,若R增大,则P出减小。
说明 上面的结论都是在电源的内电阻r不变且外电路为纯电阻电路的情
况下适用。在电源的内电阻不变时,电源的输出功率(即外电阻上消耗的
功率)随外电阻的变化不是单调的,存在极值;当外电阻等于内电阻时,输出
功率达到最大值。如果一个电路的外电阻固定不变,当电源的内电阻发生
变化时,电源的输出功率随内电阻的变化是单调的,内电阻减小,输出功率
A. neρL
US 2
B. neρL
C.neρL
neρSL
D. U
解析 电流的微观表达式I=neSv,又I=U ,R=ρ L ,得v= U ,故选A。
RS
neρL
答案 A
拓展二 电表的改装
原理 改装原理图
改装为大量程电压表 串联电阻分压
改装为大量程电流表 并联电阻分流
分压电阻 或分流电阻
改装后的 电表内阻
考点二 闭合电路欧姆定律
一、电动势 1.物理意义:反映不同电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理 量。电动势大,说明电源把其他形式的能转化为电能的本领大;电动势小, 说明电源把其他形式的能转化为电能的本领小。 2.大小:等于外电路断开时的路端电压,数值上也等于把1 C的正电荷从电 源负极移到正极时非静电力所做的功。 3.电动势的方向:电动势虽是标量,但为了研究电路中电势分布的需要,我们 规定由负极经电源内部指向正极的方向(即电势升高的方向)为电动势的 方向。 二、闭合电路欧姆定律 1.内容:闭合电路的电流跟⑥ 电源电动势 成正比,跟内、外电路电阻之
。b.在R变化的情况下,I与U
不再成正比,U-I图线不再是直线,而是一条曲线,如小灯泡的U-I图线如图丙
所示,此时电阻R=UI ≠ΔΔUI ,即电阻为图线上的点与坐标原点连线的斜率而
不是切线的斜率。
四、电功和电功率 1.电功:电流做功的实质是电场力对电荷做功。电场力对电荷做功,电荷的 电势能减少,电势能转化为其他形式的能。电功W=qU=UIt,这是计算电功 普遍适用的公式。 2.电功率:单位时间内电流做的功叫电功率,P=W =UI,这是计算电功率普遍
A.仅使R1的阻值增大 C.仅使R2的阻值增大
B.仅使R1的阻值减小 D.仅使R2的阻值减小
解析 解法一:当仅使R1电阻增大时,闭合电路总电阻增大,由闭合电路欧 姆定律可知闭合电路总电流减小,路端电压增大,流经R2的电流增大,故流 经灯泡的电流减小,则灯泡的实际功率减小,灯泡变暗;反之,当仅使R1电阻 减小时,灯泡变亮,选项A正确、B错误。当仅使R2电阻增大时,闭合电路总 电流减小,路端电压增大,灯泡两端电压增大,灯泡变亮;反之,当仅使R2电阻 减小时,灯泡变暗,故选项C错误、D正确。 解法二:利用“串反并同”法,要使L变暗、电流变小,需要增大R1或者减小 R2,所以选项A 、D正确。
功率 分配
P1 = P2 =…= Pn
R1 R2
Rn
并联 I=⑤ I1+I2+…+In U=U1=U2=…=Un
1 = 1 + 1 +…+ 1
R R1 R2
Rn
P1R1=P2R2=…=PnRn
串、并联电路的三个重要结论: (1)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻,电路中任意一个电阻值变 大时,串联的总电阻变大。 (2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个支路电阻,任意一个支路电阻值 变大时,电路的总电阻变大。 (3)某电路中无论电阻怎样连接,该电路消耗的电功率总等于各个电阻消耗 的电功率之和。
R
b.非纯电阻电路:如含有电动机、电解槽等的电路,电流做功除将电能转化 为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W>Q。电功只能用公式W= UIt来计算,焦耳热只能用公式Q=I2Rt来计算。对于非纯电阻电路,欧姆定 律不再适用。 3.纯电阻电路中电源的输出功率与效率随外电阻变化的规律
(1)电源的输出功率为P出=I2R=
增大,当内电阻最小时,输出功率最大。
(2)电源效率:指电源的输出功率与电源的功率之比,即η= P出 = IU =U 。
P IE E
对纯电阻电路:η=
I
2
I2 (R
R
r
)
=
R
R
r
=
1
1
r
,所以当R增大时,效率η提高,当R=r
R
时,电源有最大输出功率,但效率仅为50%,并不高。
(3)用电器获得最大功率:处理这类问题通常采用等效电源法,解题时应根 据需要选用不同的等效方式,将用电器获得最大功率的问题转化为电源最 大输出功率的问题来解决。
短路时,外电阻R=0,I= E ,U=0。
r
3.路端电压也可以表示为U=IR=
ER Rr
=
1
E
r
,也可以得到路端电压随外电
R
阻增大而增大的结论。
四、闭合电路的U-I图像
如图甲所示为闭合电路的U-I图像,由U=E-Ir知,图线为一条直线,纵轴截距
为电源电动势,横轴截距为短路电流,图线的斜率的绝对值等于电源内阻。
t
适用的公式。 五、电热和焦耳定律 1.电流通过电阻时产生的热量:Q=I2Rt,这是普遍适用的电热计算公式。 2.焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电 阻及通电时间成正比。
六、电路的串联、并联
电流 电压 电阻
串联 I=I1=I2=…=In U=U1+U2+…+Un R=R1+R2+…+Rn
公式 适用范围
定义式
q
I= t
一切电路
字母含义
公式含义
q为时间t内通过导体横截面的电 荷量
q
t 反映了I的大小,
1
但不能说I∝q,I∝ t
微观式 I=nqSv 一切电路
n:导体单位体积内的自由电荷数 从微观上
q:每个自由电荷的电荷量
看n、q、S、v决
S:导体横截面积
定了I的大小
v:电荷定向移动速率
决定式
③在如图所示的分压电路中,滑动变阻器可以视为由两段电阻构成,其中一
段与用电器并联(以下简称并联段),另一段与并联部分串联(以下简称串联
段)。设滑动变阻器的总电阻为R,灯泡的电阻为R灯,与灯泡并联的一段电阻
为R并,则分压电路的总电阻为
1
R总=R-R并+ R并R灯
R并 R灯
R并2
=R- R并 R灯
=R- 1
答案 AD
拓展四 电路的分析计算
1.闭合电路中的功率 (1)电源的总功率:P总=IE=IU+IUr=P出+P内。 (2)电源内阻消耗的功率:P内=I2r=P总-P出。 (3)电源的输出功率:P出=IU=IE-I2r=P总-P内。 2.电功与电热的比较 (1)电功是电能转化为其他形式能的量度,电热是电能转化为内能的量度。 通常情况下,计算电功时用公式W=IUt,计算电热时用公式Q=I2Rt。 (2)从能量转化的角度来看,电功和焦耳热之间的数量关系是W≥Q、UIt≥ I2Rt。 a.纯电阻电路:如电炉等构成的电路,电流做功将电能全部转化为内能,此时 有W=Q。计算时可任选一公式:W=Q=Pt=I2Rt=UIt=U 2 t。
(4)性质:电流既有大小也有方向,但它的运算遵守代数运算规则,是标量。 (5)单位:国际单位制中是安培(A),常用单位还有毫安(mA)、微安(μA)。 2.形成电流的三种微粒:自由电子、正离子和负离子,其中金属导体导电时 定向移动的电荷是② 自由电子 ,液体导电时定向移动的电荷是正、负 离子,气体导电时定向移动的电荷是自由电子、正离子和负离子。 3.形成电流的条件:a.导体中存在自由电荷;b.导体两端存在电压。 二、电阻和电阻率 1.电阻反映了导体对电流的阻碍作用。
I= U
金属、 U:导体两端的电压
I由U、R决定,
R
电解液 R:导体本身的电阻
1
I∝U,I∝ R
例1 一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ。棒内单位 体积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e。在棒两端加上恒定的电 压U时,棒内产生电流,则自由电子定向移动的平均速率为 ( )
U
U
2.电阻的定义式:R= I 。
3.电阻定律:同种材料的导体,其电阻与它的长度成正比,与横截面积成反
l
比;导体电阻还与构成它的材料有关。表达式③ R=ρ S 。
4.电阻率是反映导体导电性能的物理量,其特点是随着温度的改变而变 化。金属的电阻率随温度升高而增大。 三、部分电路欧姆定律 1.内容:通过一段电路的电流,与这段电路两端的电压成正比,与这段电路的 电阻成反比。
2.结论法 当局部电阻Rn变化时,与Rn串联的电阻R的功率P、电流I、电压U与Rn变化 相反,简称串联反变或串反,如图(a)。而与Rn并联的R上,IR、UR、PR与Rn的 变化相同,简称并联同变或并同,如图(b)。总称串反并同。
(a)
(b)
例3 (多选)在如图所示的电路中,E为电源的电动势,r为电源的内电阻,R1、 R2为可变电阻,在下列叙述的操作中,可以使灯泡L变暗的是 ( )
U
2.表达式:④ I= R 。
3.定律的适用范围:金属导电和电解液导电。
4.I-U图线和U-I图线:a.在R一定的情况下,I正比于U,所以I-U图线和U-I图线
都是通过原点的直线,如图甲、乙所示。I-U图线中,R1<R2;U-I图线中,R3>R
4,此时导体的电阻为U-I图线的斜率,R=UI
ΔU
= ΔI
和成反比,这个结论叫做闭合电路欧姆定律。
E
2.表达式:a.电流表达式⑦ I= R r ;
b.电动势表达式E=IR+Ir=U+Ur。 3.适用范围:外电路是纯电阻的电路。 三、路端电压U 外电路两端的电压,即电源的输出电压,U=E-Ir。 1.当外电阻R增大时,I减小,内电压减小,路端电压⑧ 增大 。当外电路断 开时,I=0,U=E。 2.当外电阻减小时,I增大,内电压增大,路端电压⑨ 减小 。当电源两端
甲
乙
由于一般电源的内阻r很小,故外电压U随电流I的变化不太明显,实际得到 的图线往往很平,只占用坐标纸一小部分,为充分利用坐标纸,往往将横轴 向上移,如图乙所示。此时应注意,I1并非短路电流,不可盲目用它求内阻, 但纵轴截距仍代表电动势E,图线斜率的绝对值仍等于内阻r。
知能拓展
拓展一 电流的理解以及应用
考点清单
考点一 电路的基本概念和规律
一、电流 1.电流 (1)定义:电荷的① 定向移动 形成电流。
q
(2)公式:I= t 。(注意:a.如果是正、负离子同时向相反方向定向移动形成电
流,q是两种离子电荷量绝对值之和;b.电子绕原子核的运动产生的电流可
e
等效为环形电流,电子绕核做圆周运动时,若周期为T,则其等效电流I=T ) (3)方向:规定和正电荷定向移动的方向相同,和负电荷定向移动的方向相反。